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Ressourceneffizienz durch recyclinggerechte Konstruktion und Baustoffe. Raban Siebers M.Sc. bauforumstahl e.V. Düsseldorf
» Ressourceneffizienz.
» Rechtlicher Rahmen.
» Umwelt-Produktdeklaration.
» Ökobilanzielle Vergleiche.
» Planungsgrundsätze.
Agenda
» Herstellung – Rohstoffe – Energie – Arbeit – Kapital – Raum
» Nutzung – Dauerhaftigkeit – Funktion – Nutzerkomfort – Umnutzungsfähigkeit
» Entsorgung – Wiederverwendung – Recycling – Deponie
Dimensionen der Ressourceneffizienz
Der Gebäudesektor verursacht… » 40 % des Energieverbrauchs » 30 % der CO2 Ausstöße » 50 % des Ressourcenverbrauchs » 60 % des Abfallaufkommen
– davon 83% „Verwertung“
– aber nur 10% wirklich recycelt
Hier gibt es Einsparpotenzial!
Leitmarkt Bausektor
Ziele der EU
European Committee for Standardization
» Politische Vorgaben für den Bausektor: – Senkung der CO2-Emissionen um 30%
gegenüber 1990 bis 2030. – Senkung des Energieverbrauchs um 20% gemessen an den Prognosen für 2020. – 70% Recycling- und Verwertungsquote für
Bau- und Abbruchabfälle bis 2020.
» Normativer Kontext – Normenausschuss CEN/TC 350 erstellt
europäische Normen (EN) für das Nachhaltige Bauen.
– Bauprodukte: EN 15804 – Gebäudebewertung: EN 15978
» Ziel: Schonung von Umwelt und Ressourcen durch Vermeidung von Abfällen.
» Mittel: neue Abfallhierarchie:
1. Vermeidung 2. Wiederverwendung 3. Recycling 4. Sonstige Verwertung, z.B.
energetische Verwertung 5. Beseitigung Festlegung einer Recycling- und Verwertungsquote für Bau- und Abbruchabfälle von 70% ab 2020.
Rechtsrahmen Abfallrahmenrichtlinie
» Ziel: Schonung der natürlichen Ressourcen und Verlängerung der Nutzungsdauer.
» Mittel: neue Grundanforderung Nr. 7: „Nachhaltige Nutzung der natürlichen Ressourcen“: - Wiederverwendungs- und
Recyclingfähigkeit von Bauteilen. - Dauerhaftigkeit des Bauwerks und
der Bauteile. - Umweltverträglichkeit der Roh- und
Sekundärbaustoffe.
Vollständig rechtskräftig wird die neue Verordnung ab 1. Juli 2013.
Rechtsrahmen Bauproduktenverordnung
» Ziel: Verminderung des Energieverbrauchs von Gebäuden.
» Mittel:
neue Grenzwerte und Anforderungen: - unterstützt die Verbesserung der
Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden.
- Einführung des Niedrigstenergiestandards ab Anfang 2021 für alle Neubauten.
- Erweiterung der Aushangpflicht für Energieausweise.
- Einführung von Qualitätskontrollen für Energieausweise.
Rechtsrahmen EU-Gebäuderichtlinie
Ökobilanz Bürogebäude in Deutschland
Jahr 1 25 Jahre 50 Jahre
1995
Prim
ären
ergi
e
8% 15%
Material
Nutzung (ohne Nutzerausstattung)
Quelle: Peter Mösle (Drees & Sommer)
Ökobilanz Bürogebäude in Deutschland
Jahr 1 25 Jahre 50 Jahre
1995
2005
Prim
ären
ergi
e
8% 15% 15% 25%
Nutzung (ohne Nutzerausstattung)
Quelle: Peter Mösle (Drees & Sommer)
Material
Ökobilanz Bürogebäude in Deutschland
Jahr 1 25 Jahre 50 Jahre
1995
2005
2020
Prim
ären
ergi
e
8% 15% 42% 15% 25% 60%
Nutzung (ohne Nutzerausstattung)
Quelle: Peter Mösle (Drees & Sommer)
Material
Entwicklung seit 1960-er Jahre: » Energieverbrauch - 38% » CO2-Emissionen - 44% » Wasserverbrauch - 50 % » Staubausstoß - 90% Nutzung von Nebenprodukten: » Schlacke (z.B. Zementherstellung) » Prozessgase (z.B. Energiegewinnung) » Benzol, Schwefel, Teer usw.
Ressourceneffizienz in der Stahlproduktion
Sammelverlust 1%
Recycling 88%
Wiederverwendung 11%
energetische Verwertung
67%
stoffliche Verwertung
33%
Bauholz
Deponie 29%
Straßen- und Wegebau
35%
Vefüllung, Lärmschutz
28%
Asphalt 6%
Betonzuschlag 2% Beton
» Stahlschrott ist wertvoller Sekundärrohstoff.
Wiederverwendung / Recycling
Baustahl Quellen: Baustahl: EPD-BFS-2010111-D: Umwelt-Produktdeklaration Baustähle: Offene Walzprofile und Grobbleche; Institut Bauen und Umwelt e.V., 2010
Bauholz: Informationsdienst Holz, 2009
Beton: Umweltministerium Baden-Württemberg, 2009
Recycling von Stahl
1,0 0,99 0,98 0,97
0,96 0,95 0,94
0,93 0,92
0,91
» Was aus einer Tonne Stahl wird bei 99 % Recycling-Rate
» Stahl wird genutzt, nicht verbraucht. » 1 Tonne 10 mal genutzt => 9,56 Tonnen.
Vor dem Lebensbeginn des Gebäudes: Produktphase
Bauphase Nutzungsphase Lebensende des Gebäudes
Über das Lebensende des Gebäudes
hinausgehende Gutschriften und
Belastungen
= Lebensende des Produkts
A1: Rohstoffabbau
A2: Transport
A3: Herstellung
A4: Transport
A5: Bau- und Installationsstadium
B1: Nutzung
B2: Instandhaltung
B3: Reparatur
B4: Ersatz
B5: Erneuerung
B6: Betrieb
B7: betrieblicher Wasserverbrauch
C1: Abbau- und Abriss
C2: Transport
C3: Abfallaufbereitung
C4: Deponie
D: Wiederverwendung, Recycling, Verwertung
= Ersatz von Primärproduktion
Information zur Gebäudebeurteilung
Angaben zum Lebenszyklus des Gebäudes
Europäische Normung Modularer Lebenszyklus
» Bauprodukte: EN 15804 » Gebäudebewertung: EN 16978
» Umwelt-Produktdeklaration
Environmental Product Declaration EPD
» ca. 200 EPDs in Deutschland www.bau-umwelt.de
Umwelt-Produktdeklaration
Umwelt-Produktdeklaration Deklarationstypen
Typ I Typ II Typ III
zertifizierte Ökolabel Selbstdeklarationen Umweltdeklarationen
unabhängige Prüfung durch externe Dritte ja möglich ja
Betrachtete Kenngrößen
mehrere extern festgelegte Kriterien
vom Unternehmen selbst definierte
Umweltstandards
Umwelt- und technische Daten entlang des
Produktlebensweges
Beispiel Carbon Footprint
» werden von Experten und Herstellern erstellt
» werden von unabhängiger Seite verifiziert (IBU)
» bleiben in Verantwortung des Herstellers
z.B.
Änderungen der Daten und/oder deren Aktualisierung
Umwelt-Produktdeklaration Verantwortung
Energieverbrauch Treibhauspotenzial Wasserverbrauch Abfälle Umwelteinwirkungen … ..
Umwelt-Produktdeklaration Produktebene Eisenerz Schrott Kohle Energie Wasser … ..
EPD Baustahl Produkte
» Warmgewalzte Stahlbauprofile
und Stabstahl » Grobblech » Stahlgüten S235 bis S960
EPD Baustahl Hersteller
» EPD im IBU-Format in D
» LCA Daten weltweit gültig Gesamtproduktion
Baustahl
» ArcelorMittal » Peiner Träger » Stahlwerk Thüringen » Dillinger Hütte » Ilsenburger Grobblech » TATA Steel Europe
» Dornier Museum, Friedrichshafen
» Maintalbrücke Nantenbach, Neuendorf
Umwelt-Produktdeklaration Umfang
Vor dem Lebensbeginn des Gebäudes: Produktphase
Bauphase Nutzungsphase Lebensende des Gebäudes
Über das Lebensende des Gebäudes
hinausgehende Gutschriften und
Belastungen
= Lebensende des Produkts
A1: Rohstoffabbau
A2: Transport
A3: Herstellung
A4: Transport
A5: Bau- und Installationsstadium
B1: Nutzung
B2: Instandhaltung
B3: Reparatur
B4: Ersatz
B5: Erneuerung
B6: Betrieb
B7: betrieblicher Wasserverbrauch
C1: Abbau- und Abriss
C2: Transport
C3: Abfallaufbereitung
C4: Deponie
D: Wiederverwendung, Recycling, Verwertung
= Ersatz von Primärproduktion
Information zur Gebäudebeurteilung
Angaben zum Lebenszyklus des Gebäudes
EPD EPD EPD EPD
EPD EPD
Öko
bau.
dat 0
9
Öko
bau.
dat 0
9
Öko
bau.
dat 0
9
Öko
bau.
dat 0
9
Öko
bau.
dat 0
9
Öko
bau.
dat 0
9
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Treibhauspotenzial (GWP)
Ozonabbaupotenzial (ODP)
Versauerungspotenzial (AP)
Eutrophierungspotenzial (EP)
Sommersmogpotenzial (POCP)
Gesamtprimärenergie
EPD Baustahl Im Vergleich mit Durchschnittsdaten » EPD Baustahl & Ökobau.dat
-30 %
-36 % -36 % -40 %
-27 % -25 %
» vereinfachte Typenhalle des »bauforumstahl e.V.
» Vergleiche erstellt durch die RWTH
Aachen » verschiedenen
Ausführungsvarianten
Vergleich mit anderen Baustoffen Ökobilanz einer Halle
» Modellcharakter
» Prinzipien und
Grundsätze der Ökobilanzierung von Hallen werden aufgezeigt.
Vergleich mit anderen Baustoffen Ökobilanz einer Halle
» E.ON Energy Research Center, Aachen
– Dachneigung: 5° – Binderabstand: 6 m – Schneelast: 75 kg/m²
Ökobilanz einer Halle Typenhalle
S 235 S 460
Baustahl Güten:
Ökobilanz einer Halle Typenhalle
Stahlbeton Stahlbeton-Stützen Brettschichtholz-Binder
» Tragwerk | Bauweise
Eingespannte Stützen, Binder gelenkig angeschlossen
» Tragwerk | statisches System
Zweigelenkrahmen
Ökobilanz einer Halle Typenhalle
Stahl Stahl
Beton Beton
Beton
Beton
Bewehrungsstahl
Bewehrungsstahl Holz
61,4 64,7
208,4
144,7
0
40
80
120
160
200
240
Stahl-Tragwerk S 235 Stahl-Tragwerk S 460 Stahlbeton-Tragwerk Stahlbeton-Holz-Tragwerk
Massen Gesamte Halle | t
Ökobilanzierung Datenbanken
» Umwelt-Produktdeklarationen (EPD-BFS-2010111) „Baustähle: Offene Walzprofile und Grobbleche”.
» Ökobau.dat 2011 des Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung BMVBS. (nachhaltigesbauen.de).
Betrachtungsrahmen der Ökobilanz nach EN 15978
Vor dem Lebensbeginn des Gebäudes: Produktphase
Bauphase Nutzungsphase Lebensende des Gebäudes
Über das Lebensende des Gebäudes
hinausgehende Gutschriften und
Belastungen
= Lebensende des Produkts
A1: Rohstoffabbau
A2: Transport
A3: Herstellung
A4: Transport
A5: Bau- und Installationsstadium
B1: Nutzung
B2: Instandhaltung
B3: Reparatur
B4: Ersatz
B5: Erneuerung
B6: Betrieb
B7: betrieblicher Wasserverbrauch
C1: Abbau- und Abriss
C2: Transport
C3: Abfallaufbereitung
C4: Deponie
D: Wiederverwendung, Recycling, Verwertung
= Ersatz von Primärproduktion
Information zur Gebäudebeurteilung
Angaben zum Lebenszyklus des Gebäudes
Betrachtungsrahmen Szenarien für das Lebensende
88% Recycling
11% Wiederverwendung
1% Sammelverlust
29% Deponie
71% „Downcycling“
Baustahl
Beton
» Vereinfachung wie auch im DGNB System angewendet.
Bauholz
100% energetische Verwertung
456 Herstellung
361 Herstellung
246 Herstellung
240 Herstellung
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Baustahl S 235 Baustahl S 460 Beton Beton/Holz
Prim
ären
ergi
e, n
icht
ern
euer
bar i
n M
J/m
² BG
F Nicht erneuerbare Primärenergie des Tragwerks | MJ/m² BGF
» Fundamente Berücksichtigt
456 Herstellung
361 Herstellung
246 Herstellung
240 Herstellung
-172 Recycling
-133 Recycling
-15 Downcycling & Deponierung
-111 energetische Verwertung
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Baustahl S 235 Baustahl S 460 Beton Beton/Holz
Prim
ären
ergi
e, n
icht
ern
euer
bar i
n M
J/m
² BG
F Nicht erneuerbare Primärenergie des Tragwerks | MJ/m² BGF
» Fundamente Berücksichtigt
456 Herstellung
361 Herstellung
246 Herstellung
240 Herstellung
-172 Recycling
-133 Recycling
-15 Downcycling & Deponierung
-111 energetische Verwertung
284 Bilanz
228 Bilanz
231 Bilanz
129 Bilanz
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Baustahl S 235 Baustahl S 460 Beton Beton/Holz
Prim
ären
ergi
e, n
icht
ern
euer
bar i
n M
J/m
² BG
F Nicht erneuerbare Primärenergie des Tragwerks | MJ/m² BGF
» Fundamente Berücksichtigt
Treibhauspotenzial des Tragwerks | kg CO2-Äquiv./m² BGF
» Fundamente Berücksichtigt
42 Herstellung
34 Herstellung 32
Herstellung
Herstellung 2
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
Baustahl S 235 Baustahl S 460 Beton Beton/Holz
GW
P in
kg
CO2-
Äqui
v./m
² BG
F
Treibhauspotenzial des Tragwerks | kg CO2-Äquiv./m² BGF
» Fundamente Berücksichtigt
42 Herstellung
34 Herstellung 32
Herstellung
Herstellung 2
-18
Recycling
-14 Recycling
+5 Downcycling & Deponierung
+17 energetische Verwertung
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
Baustahl S 235 Baustahl S 460 Beton Beton/Holz
GW
P in
kg
CO2-
Äqui
v./m
² BG
F
Treibhauspotenzial des Tragwerks | kg CO2-Äquiv./m² BGF
» Fundamente Berücksichtigt
42 Herstellung
34 Herstellung 32
Herstellung
Herstellung 2
-18
Recycling
-14 Recycling
+5 Downcycling & Deponierung
+17 energetische Verwertung
23 Bilanz 21
Bilanz
37 Bilanz
19 Bilanz
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
Baustahl S 235 Baustahl S 460 Beton Beton/Holz
GW
P in
kg
CO2-
Äqui
v./m
² BG
F
Vergleich mit anderen Baustoffen Ökobilanzierung Geschossbau
» Vergleich von typischen dreigeschossigen Büro und Verwaltungsgebäuden.
» Ökobilanzieller Vergleich von Tragwerken in Stahlverbund- und einer Stahlbetonbauweise.
» Die betrachteten Gebäude sind repräsentativ für viele gebaute Objekte. 0%
20%
40%
60%
80%
100%
1 - 3 4 - 5 6 - 8 An
teil
an d
er g
esam
mte
n G
esch
ossf
läch
e
Anzahl der Geschosse
Verteilung der Gebäudeklassen in Niedersachsen
» Mustergebäude aus FOSTA Forschungsvorhaben P 826. » „Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Stahl im Geschossbau unter
besonderer Berücksichtigung des Brandschutzes.“ Untersuchung von Bürogebäuden in Stahl- und Verbundbauweise.
Ökobilanzierung Geschossbau Mustergebäude
» Abmessungen ca. 35 m x 13 m. » Brandschutz des Baustahls durch Verkleidung mit Brandschutzplatten F30. » Tragende Bodenplatte 40 cm für Massivbau und Stahlbau.
Ökobilanzierung Geschossbau Mustergebäude
» 16 cm Verbunddecken / 20 cm Betonflachdecken. » Durchlaufstützen mit Walzprofilen/Stahlbetonstützen, gelenkig gelagert » K-Verbände/Wandscheiben
Ökobilanzierung Geschossbau Mustergebäude
Baustahl
Beton
Beton
Bewehrung
Bewehrung
421
1.113
0
200
400
600
800
1.000
1.200
Stahlverbund Massivbau
Mas
se in
t
» Incl. Brandschutz.
Massen für das Tragwerk in t
» Ohne Fundamente und Bodenplatte.
86 Herstellung
102 Herstellung
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
Stahlverbund Massivbau
GW
P in
kg
CO2-
Äqui
v. /
m² B
GF
Treibhauspotenzial in kg CO2-Äquiv./m² GFA
» Inkl. Brandschutz. » Ohne Fundamente und Bodenplatte.
86 Herstellung
102 Herstellung
-21 Recycling
16 Downcycling & Deponierung
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
Stahlverbund Massivbau
GW
P in
kg
CO2-
Äqui
v. /
m² B
GF
Treibhauspotenzial in kg CO2-Äquiv./m² GFA
» Inkl. Brandschutz. » Ohne Fundamente und Bodenplatte.
86 Herstellung
102 Herstellung
-21 Recycling
16 Downcycling & Deponierung
65 Bilanz
118 Bilanz
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
Stahlverbund Massivbau
GW
P in
kg
CO2-
Äqui
v. /
m² B
GF
Treibhauspotenzial in kg CO2-Äquiv./m² GFA
» Inkl. Brandschutz. » Ohne Fundamente und Bodenplatte.
Primärenergie, nicht erneuerbar in MJ/m² GFA
855 Herstellung
736 Herstellung
-400
-200
0
200
400
600
800
1.000
Stahlverbund Massivbau
Prim
ären
ergi
e, n
icht
ern
euer
bar i
n M
J/m
²
» Inkl. Brandschutz. » Ohne Fundamente und Bodenplatte.
Primärenergie, nicht erneuerbar in MJ/m² GFA
855 Herstellung
736 Herstellung
-248 Recycling
-51 Downcycling & Deponierung
-400
-200
0
200
400
600
800
1.000
Stahlverbund Massivbau
Prim
ären
ergi
e, n
icht
ern
euer
bar i
n M
J/m
²
» Inkl. Brandschutz. » Ohne Fundamente und Bodenplatte.
Primärenergie, nicht erneuerbar in MJ/m² GFA
855 Herstellung
736 Herstellung
-248 Recycling
-51 Downcycling & Deponierung
606 Bilanz
685 Bilanz
-400
-200
0
200
400
600
800
1.000
Stahlverbund Massivbau
Prim
ären
ergi
e, n
icht
ern
euer
bar i
n M
J/m
²
» Inkl. Brandschutz. » Ohne Fundamente und Bodenplatte.
» Grundlegende Homogenität in der Stoffauswahl: Wenige unterschiedliche Materialien → weniger unterschiedliche Entsorgungswege.
» Vorsehen von stofflicher Trennbarkeit: Rückbau durch leichte Lösbarkeit von
Materialverbindungen (z.B. Schrauben) → Hohe Wahrscheinlichkeit für einer Wiederverwendung und Recycling durch eine sortenreine Trennung.
Planungsgrundsätze für Recycling
» Verwendung von wirklich recycelbaren Baustoffen: Die Materialqualität bleibt erhalten. Ressourcenschonung und
Abfallvermeidung durch vollständige Kreislaufwirtschaft → „Urban Mining“ – Die Stadt als Rohstoffquelle.
Planungsgrundsätze für Recycling
» Kreislauffähige Bauprodukte mit Umwelt-Produktdeklaration (EPD) ausschreiben. →Transparenz für den Planer durch konkrete Produkteigenschaften zu Umwelteinwirkungen und darüber hinaus. Ressourceneffizienz bei Herstellung, Betrieb und Recycling.
Planungsgrundsätze für Recycling
» Richtlinien und Verordnungen drängen zu einer konsequente Kreislaufwirtschaft für Bauprodukte.
» Das Lebensende der verwendeten Baustoffe spielt eine wichtige Rolle für die Ökobilanzielle Bewertung eines Gebäudes.
» Die hohe Bedeutung der Rückbaubarkeit und Recyclingfreundlichkeit eines Gebäudes fordert eine gezielte Planung.
» Stahl ist in diesen Punkten durch die konsequente Nutzung von industriellen Kreisläufen unübertroffen.
Fazit